10. Конструкции и отделочные материалы уникальных зданий и сооружений

Среди общественных зданий различного назначения можно выделить группу таких, в которых имеется большой зал, являющийся композиционным и функциональным ядром всего сооружения, имеющий свободную от промежу – точных опор площадь и перекрываемый конструкцией большого пролета. Такие здания отличаются исключительным разнообразием размеров и форм, к ним относятся крытые рынки, выставочные павильоны, различного рода зрительные и спортивные залы и др.

Выбор системы покрытия больших залов является одним из важнейших вопросов проектирования общественных зданий. Современная строительная наука дает возможность перекрывать помещения любых размеров металлическими, железобетонными, деревянными конструкциями. Несущие конструкции покрытий больших пролетов в зависимости от их конструктивной схемы и статической работы можно подразделить на три группы:

1) конструкции, работающие в одной плоскости;

2) конструкции, работающие в двух плоскостях;

3) пространственные системы, при расчете которых учитывают усилия в трех плоскостях.

К несущим конструкциям покрытий, работающим в одной плоскости, от носятся балки, фермы, рамы и арки.

Балочные системы больших пролетов в залах общественного назначения применяют сравнительно редко, главным образом, в случаях необходимости создания покрытий небольшой строительной высоты. Сечение балок обычно применяют двутавровое. По архитектурным требованиям нежелательно оставлять в интерьере балки открытыми, поэтому чаще всего на нижнюю полку двутавров укладывают плиты, чтобы создать гладкий потолок.

В качестве несущих элементов покрытий зальных помещений часто применяют различного рода сквозные фермы, решетчатые же рамы могут применяться в пролетах до 150 м.

Рамные конструкции могут иметь разнообразные формы с прямыми, ломанными и криволинейными очертаниями, что в ряде случаев позволяет получить определенный архитектурный эффект. Они допускают устройство крупных нависающих консолей, например, на железнодорожных перронах, посадочных площадках аэровокзалов, над трибунами стадионов, входами в крупные общественные здания.

Арочные покрытия перекрывают пролеты 100 м и более. Высокие архитектурные качества арочных конструкций позволяют во многих случаях получить выразительные интерьеры крупных стальных элементов

Арочная конструкция представляет собой брус криволинейного очертания. Кривизна арки обеспечивает возможность ее статической работы преимущественно на осевые усилия, но вызывает не только вертикальные, но и горизонтальные реакции опор, так называемый распор.

Арки могут быть деревянными, металлическими и железобетонными, сплошного или решетчатого сечения. При малых пролетах деревянные и железобетонные арки имеют прямоугольное сечение, а металлические – двутавровое. При пролетах от 30 до 50 м независимо от материала – двутавровое, а при пролетах более 50 м – решетчатое. Подъем арок обычно составляет от ¼ до 16 … 150 … 150 … 130 … 12 … 14 … 130 … 125 … 115 … 120 … 116–1l = ¹₂₅. В одноэтажных промышленных зданиях это позволяет значительно уменьшить объем здания и связанные с ним эксплуатационные расходы.

Как конструкции большепролетного назначения структурные плиты целесообразно применять с укрупненной сеткой колонн, переход к которой в большинстве случаев прогрессивен. Преимущества таких схем известны – свободная планировка, гибкость при изменении технологии, а также экономия площади.

Проблема подвесного транспорта при структурах решается намного проще, чем в обычных покрытиях. Частая сетка узлов допускает подвеску путей кранов, тельферов и конвейеров с минимальными дополнительными затратами в любой зоне конструкции.

Сокращение пролета между несущими элементами с 6 или 12 м до 2 – 3 м в структурах создает условия для применения беспрогонных решений кровли.

Формирование структур на строительной площадке в большинстве случаев осуществляется из отдельных отправочных марок заводского изготовления. При этом в практике строительства нашли применение следующие способы формирования конструктивной схемы: из стержней размером на одну ячейку; из коротко размерных элементов решетки и длинно размерных поясов; из плоскостных ферм; из пространственных стержневых пирамид и доборных линейных элементов.

В табл. 1 приводятся стержневые схемы структурных плит.

Таблица 1

Обозначение	Характерные особенности структурных плит	Стержневые схемы	Возможное членение на отправочные марки
А	Перекрестные фермы двух или трех направлений, устанавливаемых вертикально		Плоские фермы
Б	Ортогональные сетки поясов сдвинуты на половину ячейки. Поясные ячейки могут заполняться или не заполняться диагоналями		Узлы и стержни Стержневые пирамиды и доборные элементы Плоские или объемные фермы одного направления и доборные элементы другого направления
В	То же, что и система Б с разреженной нижней поясной сеткой и частично разреженной раскосной решеткой		Узлы и стержни Стержневые пирамиды и доборные элементы Плоские или объемные фермы одного направления и доборные элементы другого направления
Г	Ортогональные сетки поясов развернуты на 45° относительно друг друга. Разреженная раскосная решетка		Узлы и стержни Стержневые пирамиды и доборные
Д	Складчатая система, пояса расположены преимущественно в одном направлении и сдвинуты на половину ячейки			Узлы и стержни Плоские или трехгранные фермы
Е	Сетки поясов трех направлений сдвинуты на половину ячейки			Узлы и стержни Стержневые пирамиды и доборные элементы
Ж	То же, что и система Е с разреженной сеткой поясов и раскосной решеткой			Узлы и стержни Стержневые пирамиды и доборные элементы Плоские фермочки и доборные элементы
З	Сетки поясов трех направлений сдвинуты. Нижняя сетка разрежена и образовывает шестиугольные ячейки. Решетки также разрежены			Узлы и стержни Стержневые пирамиды и доборные
И	Двухъярусные структурные плиты с ортогональными сетками поясов, лежащих друг против друга. Раскосы, относящиеся к одной ячейке, пересекаются			Узлы и стержни Стержневые пирамиды
К	Двухъярусная структурная плита с сетками. поясов трех направлений, лежащих друг против друга. Раскосы, относящиеся к одной ячейке, пересекаются			Узлы и стержни Стержневые пирамиды
Л	Двухъярусная структурная плита с сетками поясов трех направлений, сдвинутых на половину ячейки. Раскосы, относящиеся к одной ячейке, пересекаются			Узлы и стержни Стержневые пирамиды
М	Трехъярусная структурная плита с ортогональными сетками поясов. Между верхней и нижней поясной сеткой располагается средняя поясная сетка. Между средней и нижней поясной сетками раскосы пересекаются			Узлы и стержни Стержневые пирамиды и доборные элементы
Н	Трехъярусная структурная плита с сетками поясов трех направлений при наличии средней третьей поясной сетки		Узлы и стержни Стержневые пирамиды и доборные элементы

Структура может быть применена на различных современных объектах промышленного и гражданского строительства, проектируемых с использованием как простых, так и сложных объемно-композиционных структур

Вантовые конструкции

Вантовые висячие покрытия образуются системой гибких или жестких нитей, опорным контуром или системой опор и ограждением. Наиболее рационально устройство для висячих вантовых покрытий внешне безраспорных замкнутых опорных контуров. В этом случае силы натяжения воспринимаются в уровне закрепления в контуре растянутых несущих вант. Возможны и другие способы передачи усилий от вант – на мощные железобетонные пилоны, на конструкции трибун или примыкающих объемов.

Висячие покрытия с гибкими вантами требуют дополнительных мероприятий по их стабилизации и повышению жесткости. Для их применения создают специальную форму покрытия, обычно седловидную, или пригружают покрытие, или вводят в него дополнительные достаточно жесткие конструкции. Седловидная форма покрытия достигается применением двух типов нитей – несущих и напрягающих, имеющих кривизны разных знаков. Напрягающие ванты создают дополнительные напряжения в несущих вантах, которые благодаря этому становятся менее чувствительными к неравномерным и ветровым нагрузкам.

Применение вместо гибких тросов жестких вант из прокатных профилей, обладающих значительной изгибной жесткостью, позволяет не проводить специальных мероприятий по стабилизации покрытий. Ограждением покрытий могут служить утепленные плиты на металлическом или деревянном каркасе, тенты или железобетонные плиты, в последнем случае замоноличивание швов между плитами позволяет создать жесткие висячие железобетонные оболочки, хорошо сопротивляющиеся ветровым и неравномерным нагрузкам.

В отличие от ранее известных конструктивных схем вантовых покрытий несущий и стабилизирующий тросы ферм крепятся к наружным колоннам здания в разных уровнях, что позволило значительно уменьшить строительную высоту покрытия. Колонны передают усилия от тросов на сборно-монолитное опорное кольцо. После предварительного напряжения тросов система вантовых ферм может воспринимать все нагрузки на покрытие. Поэтому ограждающими конструкциями покрытия являются легкие металлические утепленные панели с ребрами из гибких профилей.

Спортивное здание в Вашингтоне имеет в плане форму круга диаметром 122 м. Несущей конструкцией покрытия служит гиперболическая вантовая сетка из тросов, закрепленных в железобетонное опорное кольцо сечением 183 х 122 см. Кольцо опирается на 40 железобетонных колонн высотой от 9,1 до 27,8 м, расположенных по контуру здания с шагом 9,1 м. Вантовая сетка состоит из 14 несущих двухпоясных тросов диаметрами 63 и 82 мм и 12 напрягающих тросов диаметром 82 мм. По напрягающим вантам и нижнему поясу несущих вант уложены панели с обшивками из профнастила.

В Катовице спортивно-зрелищный комплекс построен в форме обратного усеченного конуса с диаметром в основании 82 м и в покрытии 126 м. Основу покрытия образуют 120 радиально расположенных вантовых ферм высотой 4 м. Фермы крепятся к стальному наружному кольцу и центральному кольцу диаметром 32 м.

Покрытие стадиона размерами 134 х 125 м в Калгари представляет собой висячую железобетонную оболочку.

Стадион Калгари

Оболочка образована стальной вантовой сеткой из несущих и напрягающих тросов, расположенных с шагом 6 м. По тросам уложены сборные железобетонные плиты размером 5 х 5 м. Участки между плитами шириной 1 м замоноличены слоем бетона, что в итоге и создает покрытие в виде оболочки. Тросы оболочки заанкерены в криволинейный опорный контур коробчатого сечения высотой 1,5 м и шириной 4,3 м. Контур опирается на 28 разновысоких пилонов высотой до 28 м и две рамные опоры.

Тентовые покрытия образуются обычно по вантам, натягиваемым между жесткими конструкциями в виде арок, рам, мачт и опорным контуром или анкерными устройствами.

Ледовый дворец в Мюнхене площадью 4200 м² перекрыт легкой пространственной вантовой конструкцией, которая подвешена к проходящей по середине покрытия решетчатой пространственной арке пролетом 97,42 м и стрелой подъема 18,92 м. Пояса арки и решетка – из труб. Сетка из несущих и напрягающих тросов диаметром 11,5 мм имеет узлы, расположенные по сторонам квадрата 75 х 75 см. К тросам крепится деревянная решетчатая конструкция, а к ней – полиэфирная пленка с покрытием ПВХ.

Такой же принцип подвешивания тросов к жесткому каркасу с помощью арочных конструкций использован при создании покрытий ряда крытых катков. Верхний слой покрытия – стекловолокно, покрытое тефлоном, либо полиэфирная ткань с покрытием ПВХ.

Оригинальное тентовое покрытие диаметром 298 м возведено над стадионом в Эр-Рияде. Внутри покрытия – центральное растянутое кольцо диаметром 134 м, к которому с помощью вант крепится 24 модульных тентовых системы. Каждая такая система состоит из главной мачты высотой 59,3 м, наклонной мачты, несущих и стабилизирующих тросов. Центральное кольцо образовано шестью канатами, оно подвешено к главным мачтам с помощью подвесок. К вантам крепится стеклоткань с тефлоновым покрытием, которое отражает 75% теплового потока и пропускает около 10% естественного освещения.

Еще более грандиозное покрытие запроектировано для нового стадиона в Эр-Рияде. Оно представляет собой вантовую сетку, натянутую ветвями пологой стальной арки пролетом 434 м, которая подвешена на стальных канатах к главной арке параболического очертания пролетом 367 м и стрелой подъема 235 м. По вантовой сетке натянуто тентовое покрытие.

В некоторых случаях тентовые покрытия крепятся непосредственно к жестким несущим конструкциям. Может быть использован свод с каркасом из деревоклееных арок с деревянными клееными брусьями между ними, на которые натягивается тентовое покрытие.

Пневматические конструкции.

Пневматические конструкции, называемые иногда надувными, представляют собой оболочки из воздухонепроницаемых тканей или пленок, которые работают в сочетании с воздухом, находящимся внутри под избыточным давлением. Эти конструкции могут в виде однослойных оболочек образовывать покрытия пролетом до 60 м, без промежуточных опор. В виде отдельных элементов они могут служить элементами каркаса покрытий пролетом до 15 м. Возможны также комбинации этих видов конструкций.

Пневматические конструкции, основным материалом которых являются ткани или пленки, характеризуются предельно малой объемной массой до 2 кг/м², транспортабельностью, поскольку могут быть сложены в небольшие тюки, и возможностью их быстрого возведения, поскольку для их подъема в проектные положения они должны быть только прикреплены к опорам, и наполнены воздухом. Эти конструкции имеют широкую область рационального применения в качестве легких сборно-разборных покрытий временного использования различного назначения. На строительных площадках они могут быть применены в качестве временных укрытий и опалубки, в сельском хозяйстве – в качестве покрытий теплиц. Могут применяться отдельные небольшие пневматические стойки, балки, мачты и плотины.

Основным материалом при изготовлении пневматических конструкций являются воздухонепроницаемые ткани, состоящие из синтетических текстилей и эластичных покрытий на основе стойких против старения резин, полихлорвинила или других смол. Основными соединениями элементов пневматических конструкций являются шитые нитками, клеевые, сварные и клеешитые. Пневматические конструкции бывают воздухоопорными, пневмокаркасными и комбинированными.

Воздухоопорные конструкции являются основным, наиболее распространенным видом пневматических конструкций. Они отличаются простотой и возможностью перекрывания значительных до 60 м пролетов. Воздухоопорная конструкция состоит из оболочки, сжатого воздуха, опорного контура, входного шлюза и воздуходувной установки. Оболочка образуется одним слоем ткани и может иметь сферическую форму в виде купола или усеченного снизу шара или цилиндрическую в виде свода с цилиндрическими, сферическими тканевыми или плоскими жесткими торцами. Оболочка соединяется из полос ткани, выкроенных в соответствии с формой ее поверхности. Края оболочки крепятся к опорному контуру и шлюзу.

Сжатый воздух, наполняющий оболочку, должен находиться под постоянным избыточным давлением небольшой величины. Интенсивность давления устанавливается из условия, чтобы она была не ниже массы снега и давления ветра, при котором сохраняется ее положительная кривизна. Меньшее давление принимается в том случае, если в оболочке допускаются кратковременные местные вмятины «ложки». Практически давление принимается равным 200–500 Па.

Опорный контур покрытий более длительного назначения выполняется в виде ленточного бетонного фундамента, а в покрытиях краткосрочного использования – в виде анкеров, винтовых свай или карманов, запыленных песком. В состав опорной конструкции входит пол помещения, испытывающий давление воздуха. Входной шлюз в большинстве случаев имеет жесткую каркасную конструкцию с тканевым покрытием.

Воздуходувная установка состоит из двух вентиляторов низкого давления с моторами. Она размещается внутри или вне оболочки, Такая установка автоматически поддерживает необходимое избыточное внутреннее давление воздуха в помещении.

Расчет воздухоопорных конструкций производят, как гибких предварительно напряженных оболочек на жестком опорном контуре, с учетом того, что ткань или пленка может воспринимать только растягивающие напряжения. Расчетные сопротивления ткани вдоль рулона R_осн существенно выше, чем поперек R_ут.

Оболочку рассчитывают на нагрузки от снега р, на отрицательное давление – отсос ветра q и внутреннее давление воздуха R_изб.

Незначительной собственной массой оболочки можно пренебрегать. Можно также не учитывать некоторое изменение формы оболочки в результате растяжения ткани.

Снеговая нагрузка уменьшает напряжения в горизонтальных сечениях и поэтому не учитывается. В вертикальных же сечениях она увеличивает напряжения ниже края снегового покрова и учитывать ее обязательно.

Цилиндрическую сводчатую оболочку рассчитывают по прочности прямых горизонтальных сечений и по прочности вертикальных кольцевых сечений.

При расчете шитых соединений оболочки учитывают ее 15%-ное ослабление. Опорный контур рассчитывают на растяжение и выдергивание из грунта усилиями, определяемыми по формулам, приведенным выше.

Пневмокаркасные конструкции состоят из отдельных пневмоэлементов, представляющих собой герметически замкнутые баллоны круглого сечения диаметром 0,2–0,5 м прямолинейной или изогнутой формы. Оболочку баллона изготовляют из двух- или трехслойной высокопрочной воздухонепроницаемой ткани с дополнительной, как правило резиновой, камерой, обеспечивающей оболочке повышенную воздухонепроницаемость. Торцы баллона в большинстве случаев имеют плоскодонные заглушки с ниппелями. Сжатый воздух внутри баллона находится под значительным давлением, достигающим 0,5 МПа. Такое давление создается компрессором или автомобильным насосом.

Пневмоэлементы применяют в виде отдельных пневмостоек или пневмоарок в составе каркаса в сочетании с покрытием из воздухонепроницаемой ткани или в виде сплошного ряда соединенных арок. Эти конструкции имеют малую несущую способность и применяются при небольших пролетах до 6 м для балок и до 15 м для арок.

Расчет пневмоэлементов производят на действие усилий от расчетных нагрузок, которые могут быть определены общими методами строительной механики и внутреннего избыточного давления. Расчет производят по прочности ткани оболочек, общей и местной устойчивости. Основными размерами элементов являются радиус сечения r и длина или пролет l.

Пневмостойку рассчитывают по прочности прямолинейных и кольцевых сечений на растяжение от внутреннего давления Ризб.

Пневматические конструкции. Часть 3

По устойчивости ее проверяют на действие продольной сжимающей силы N с учетом эмпирического коэффициента устойчивости, зависящего от отношения длины к радиусу.

Пневмобалку рассчитывают по прочности прямолинейных сечений на растяжение от внутреннего давления как пневмостойку.

По прочности кольцевых сечений пневмобалку рассчитывают в ее предельном состоянии. При этом в верхней половине сечения оболочки растяжение исчезает и образуются складки, в нижней половине растягивающие напряжения линейно вдоль вертикали возрастают от оси до максимума на нижней точке и балка теряет несущую способность.

В предельном состоянии пневмобалка может потерять несущую способность без разрыва оболочки в результате потери мест

ной устойчивости, когда ее ось получает перелом в расчетном сечении. Балка при этом не разрушается и восстанавливает начальную форму при разгружении. Местная устойчивость обеспечена, если изгибающий момент от нагрузок M не превышает предельного внутреннего момента, образуемого равнодействующими давления воздуха и напряжений растяжения оболочки.

Пневмоарку рассчитывают по прочности линейных сечений. По прочности кольцевых сечений и по местной устойчивости пневмоарку можно рассчитывать в запас прочности по тем же формулам, что и пневмобалку, без учета продольных сил N, которые уменьшают растягивающие напряжения в оболочке и увеличивают предельные внутренние моменты.

Комбинированные пневматические конструкции. Пневмокаркасные конструкции в сочетании с воздухоопорными оболочками создают избыточное давление воздуха в помещениях только при действии повышенных снеговых и ветровых нагрузок, что упрощает их эксплуатацию.

Воздухоопорные оболочки, усиленные системами стальных тросов, которые воспринимают основные растягивающие усилия, позволяют использовать малопрочные ткани и до 100 м и более увеличивать пролеты покрытий. Сомкнутые кромками воздухоопорные оболочки позволяют создавать линзообразные покрытия. Возникают и другие формы пневматических конструкций.

Современные конструкции большепролетных зданий, спортивных сооружений, производственные здания, выставочные комплексы, аэропорты, объекты культурно-бытового назначения

Спортивные сооружения

Состав спортивных комплексов весьма разнообразен, в него могут входить дворцы спорта, крытые и открытые плавательные бассейны, арены спортивных игр с трибунами, лыжные трамплины и др. Во многих случаях они рассчитаны на десятки тысяч зрителей, требуют больших перекрываемых площадей и решения сложных архитектурно-строительных задач.

Покрытие спортивных зданий больших пролетов целесообразно решать в виде железобетонных оболочек, висячих вантовых, стальных арочных или мембранных конструкций, а также эффективных деревянных и пластмассовых конструкций.

Большие спортивные арены могут быть решены с покрытием только трибун для зрителей. Практика показала целесообразность и экономическую эффективность таких решений.

Крытые трибуны стадионов решаются, как правило, в виде железобетонных консольных рам Г-образной формы, располагаемых с шагом 6–8 м. В решении показанном на рис. 1 стойки рам имеют длину 15,3 м, а ригели – 13 м. Стойка и ригели рамы соединяются между собой преднапряженной канатной арматурой. Арматура стоек заанкеривается в основании и натягивается с верхнего конца, после чего производится инъекцирование каналов цементным раствором. В верхней части стойки объединены обвязочными ригелями. По верху ригелей укладываются железобетонные плиты покрытия. Балки опорных конструкций трибун опираются на стойки.

В плавательных бассейнах основным является ванна бассейна, которую целесообразно выполнять из монолитного железобетона. Поскольку глубина ванны бассейнов многоцелевого назначения переменна, то толщина плиты днища и армирование принимаются переменными. Стенки бассейна также проектируются переменной толщины и с различным армированием по высоте, в соответствии с эпюрами внутренних усилий, вызванных переменным гидростатическим давлением воды и другими нагрузками.

Производственные здания

Несущие конструкции покрытия, являющиеся важнейшим конструктивным элементом здания, принимают в зависимости от величины пролета, характера и значений действующих нагрузок, вида грузоподъемного оборудования, характера производства и других факторов.

По характеру работы они бывают плоскостные и пространственные. По материалу конструкции покрытия делят на железобетонные, металлические, деревянные и комбинированные. В связи с характером работы эти конструкции должны быть прочными, устойчивыми, долговечными, архитектурно-художественными и экономичными. Поэтому при выборе несущих конструкций покрытия производят тщательный технико-экономический анализ нескольких вариантов. Так, железобетонные конструкции огнестойкие, долговечные и часто более экономичные по сравнению со стальными. Стальные же имеют относительно небольшую массу, простые в изготовлении и монтаже, имеют высокую степень сборности. Деревянные конструкции отличаются легкостью, относительно небольшой стоимостью и при соответствующей защите – приемлемой огнестойкостью и долговечностью. Довольно эффективны комбинированные конструкции, которые состоят из нескольких видов материалов. При этом важно, чтобы каждый материал работал в тех условиях, которые для него наиболее благоприятные.

Выставочные комплексы

Научно-технический прогресс и сопутствующий ему рост ассортимента и и объема промышленной продукции, повышение культурного и материального уровня вызвали широкий обмен информацией во всех областях человеческой деятельности – технике, науке, культуре и искусстве. Это, в частности, породило практику проведения выставок, которые дают возможность непосредственного знакомства с новейшими достижениями при их экспозиции, совмещенной с различными средствами информации.

С середины прошлого века началось проектирование и строительство специальных временных выставочных зданий и комплексов. Начать условный отсчет следует с 1851 г., и не только потому, что это год открытия первой Всемирной выставки в Лондоне, но преимущественно в связи с тем, что строительство ее главного павильона – Хрустального дворца – определило тенденции развития архитектурных выставочных зданий и сооружений. Они стали рассматриваться как своеобразные выставочные экспонаты, которые демонстрировали новейшие достижения в области строительной техники.

Можно смело утверждать, что ни в одном из типов общественных зданий не было применено столько новых конструкций, как в выставочных павильонах.

Аэропорты

Отличительной чертой, которой обзавелись все новейшие аэропорты, стала незаметность. То, как они выглядят снаружи, вообще не важно. Визуальный шок случается в тот момент, когда, пройдя необходимые формальности, пассажир отправляется пить кофе или слоняться по магазинам: аэропорты наконец превратились в произведения искусства, ни на йоту не уступая при этом в своей утилитарной функции. 

Большую часть XX века строительство аэропортов развивалось двумя противоположными путями. С одной стороны – мощные архитектурные жесты, не без пафоса и претензии, призванные демонстрировать фантазию и продвинутость заказчика. Удобство и польза не так важны, главное – эффект. Из ярких примеров – нацистский Темпельхоф в Берлине, сталинские аэропорты в СССР, гениальные бетонные жесты архитектора Эро Сааринена в Вашингтоне и Нью-Йорке. С другой стороны – внешне неброские сооружения, где во главу угла поставлена чистая функция и эффективность. И вот сейчас у нас на глазах именно из этого практического пути вырастает настоящая архитектура аэропортов – дизайнерских ванн для миллионов пассажиров, безупречных по делу и вместе с тем так отменно выполненных и по пространству, и в деталях, что внутри приятно находиться.

Аэропорт Кансай

Для строительства его в заливе намыли целый остров – 511 га, 4,37 на 1,27 км, – а на нем протянули многокилометровую полосу самого аэропорта, рассчитанного на 16 млн человек в год: рефрен стальных ферм и распоров, уверенность конструкции настолько устойчивой, что она может позволить себе волнистые эффекты. И максимум полезности, никаких глухих пространств – в эпоху «Аль-Каиды» это стало особенно актуально.

Новая эпоха началась в Азии. Именно Дальний Восток конца 80-х – начала 90-х поставил точку во всех дискуссиях о стиле аэродромных сооружений: главное, чтобы было надежно, функционально и максимально удобно. Так на Дальнем Востоке и рассудили, дав Ренцо Пиано и Норману Фостеру шанс реализовать самые грандиозные стройки своей жизни. Первым стал Пиано с международным аэропортом Кансай рядом с Осакой.

Аэропорт Кансай с высоты

Принято считать, что именно с открытием Кансая произошла победа хай-тек и архитектуры в целом с до того момента совершенно инженерной специальности – строить аэропорты. Второй отец – основатель хай-тек Норман Фостер продолжил тему полезности в новом гонконгском аэропорту Чек-Лап-Кок, но помасштабнее. Чек-Лап-Кок тоже на острове – 6 на 3,5 км – и рассчитан на 37 млн пассажиров в год. Сам аэропорт – стройная нить павильонов из стали и стекла; рядом – вокзал скоростного сообщения с центром города. 20 минут – и вы на месте, да и над Гонконгом самолеты не мечутся.

В Европе вряд ли кто-нибудь станет строить с нуля аэропорты такого размаха. А вот поток новых терминалов все растет. В Париже архитектор Поль Андрё с 1966 года старательно возделывает площадку аэропорта Шарля де Голля, добавляя новые и новые терминалы, но не удержался от извилистых вольностей плана. Его CDG-2 вышел крайне неудобным – длинный путь автобусов, соединяющих шесть самостоятельных частей терминала, сложность для понимания взволнованных пассажиров: не хватило ни ясности формы, ни соответственно и функции, а они здесь буквально нераздельны. Новые немецкие аэропорты, прежде всего в Мюнхене, вышли логичнее, но скучнее: такие здоровые ангары, все точно и правильно, гипермаркет без дизайна.

Едва ли не единственным европейским продолжением традиции стильных аэропортов стал Бильбао. Рыночный аргумент баскской столицы – Музей Гуггенхайма Фрэнка Гери. Поэтому и строить аэропорт позвали главную испанскую архитектурную знаменитость – Сантьяго Калатраву, который уверенно залил сталь конструкций толстым слоем бетона; вышли вполне себе острые кружева. Но оценить это вспорхнувшее крыло сложно-либо отъехав на особую точку, либо с воздуха под определенным углом.

Аэропорт Бильбао стал реальным продолжением традиции бетонного экспрессионизма Эро Сааринена. Но такие символические жесты без оглядки на утилитарность возможны, лишь пока народу летает мало – Бильбао пропускает меньше 4 млн в год – и официальные делегации любят парады на летном поле. А когда надо переправлять многомиллионные потоки пассажиров, подход будет все же другой.

Мадридский Барахас

Та же Испания не обратилась к услугам своей главной архитектурной звезды, а поручила строительство терминала 4 в мадридском Барахасе Ричарду Роджерсу, третьему наряду с Пиано и Фостером, классику хай-тек. Терминал вышел настолько удачно, что принес автору и первую в его жизни английскую премию за лучшее здание года, а в этом году и долгожданную реализацию главной мечты любого архитектора – премию Прицкера.

Материал: металл, вантовые, клееные деревянные кострукции

Металл

Конструктивные решения металлических покрытий большепролетных зданий могут быть балочными, арочными, пространственными, висячими Байтовыми, мембранными и др. Учитывая, что в таких конструкциях основной нагрузкой является собственный вес, следует стремиться к его уменьшению, что достигается применением сталей повышенной прочности и алюминиевых сплавов.

Балочные системы включаются в состав поперечных рам, что улучшает статическую схему работы. При пролетах более 60–80 м целесообразно использовать арочные покрытия. Такие покрытия при больших пролетах целесообразно проектировать предварительно-напряженными. В арочном покрытии, представленном на рис. 2, верхний пояс предусмотрен жестким, а нижний пояс и решетка арки выполнены из тросов. После монтажа арки осуществляют принудительное смещение опорных узлов наружу, что вызывает предварительное растяжение в нижнем поясе и раскосах арки.

Пространственные решетчатые конструкции покрытий могут быть плоскими двухслойными и криволинейными однослойными или двухслойными. В двухсетчатых конструкциях две параллельные сетчатые поверхности соединяются между собой решетчатыми связями.

Сетчатые системы регулярного строения называются структурными и применяются, как правило, в виде плоских покрытий. Они представляют собой различные системы перекрестных ферм. Структурные плоские перекрытия благодаря большой пространственной жесткости имеют небольшую высоту, ими можно перекрывать большие пролеты. Устройством консольных свесов за линией опор достигается уменьшение изгибающих моментов и веса покрытия.

Криволинейные пространственные покрытия имеют, как правило, цилиндрическую или купольную поверхность.

Цилиндрические покрытия могут быть односетчатыми или двухсетчатыми. Они в поперечном направлении работают как свод, распор которого воспринимается стенами или затяжками.

Купольные покрытия могут иметь ребристую конструктивную схему или сетчатую. В ребристых куполах радиально расположенные ребра соединены между собой кольцевыми прогонами. Если последние составляют с ребрами единую жесткую пространственную систему, то тогда кольцевые прогоны работают не только на местный изгиб, но в составе купольной системы воспринимают также кольцевые сжимающие или растягивающие усилия. В сетчатых куполах в состав конструкции кроме ребер и кольцевых элементов входят раскосы, что создает условия, при которых стержни работают только на осевые усилия.

Висячие покрытия состоят из опорного контура и основных несущих элементов в виде вант или тонких стальных листов, работающих на растяжение. Поскольку основные элементы покрытия работают на растяжение, их несущая способность определяется прочностью, что позволяет эффективно использовать высокопрочные канаты или листовую сталь. Такие покрытия весьма экономичны, однако повышенная деформативность ограничивает их применение для покрытий производственных зданий. Кроме того, учитывая большую распорность таких систем, форму в плане целесообразно принимать круглой, овальной или многоугольной, что облегчает восприятие распора. В связи с этим они применяются, в основном, для покрытий спортивных зданий, крытых рынков, выставочных павильонов, складов, гаражей и других зданий больших пролетов.

В состав вантовых висячих покрытий входят гибкие ванты, располагаемые в радиальном направлении, в ортогональных направлениях или параллельно друг другу в одном направлении. Криволинейные замкнутые опорные контуры работают преимущественно на сжатие, а центральное кольцо – на растяжение. В этих случаях на поддерживающие покрытие конструкции передаются только вертикальные силы. В отличие от этого при незамкнутых контурах распор передается на несущие конструкции здания, что требует устройства анкерных фундаментов, работающих на выдергивание, или стен с контрфорсами и т.п. На систему вант укладываются плиты из легкого железобетона или металлические с полимерным утеплителем, трехслойные и др.

Системы висячих вантовых покрытий отличаются большим разнообразием. Нередко применяют шатровую вантовую систему, при которой центральное кольцо покоится на колонне и поднимается на более высокую отметку, чем опорное контурное.

Примером такой системы может служить покрытие автобусного парка в Киеве диаметром 161 м. Описанные выше системы являются однопоясными. Кроме них применяются также двухпоясные системы, в которых стабилизация покрытия осуществляется с помощью контура обратной кривизны. В таких системах несущие ванты имеют выгиб вниз, а стабилизирующие – вверх. Стабилизирующие ванты с установленным на них настилом могут быть расположены над несущими, что вызывает сжатие распорок. При расположении стабилизирующих тросов под несущими вантами связи между ними будут растянутыми. Возможен и третий вариант, при котором несущие и стабилизирующие тросы пересекаются, а стойки сжаты в средней части покрытия и растянуты – в крайних.

Большое распространение в зарубежной и отечественной практике получили также висячие тонколистовые системы – мембранные покрытия.

Они представляют собой пространственную конструкцию из тонкого металлического листа толщиной в несколько миллиметров, закрепленного по периметру в опорном контуре. Их преимущества состоят в совмещении несущей и ограждающей функций, а также в повышенной индустриальности изготовления. В некоторых случаях вместо сплошной мембраны покрытие образуется из отдельных, не соединяемых друг с другом, тонких стальных лент. Располагаемые в двух взаимоперпендикулярных направлениях ленты могут переплетаться, что предотвращает их расслаивание.

Сплошное мембранное покрытие успешно применено для универсального стадиона на проспекте Мира в Москве, размеры, в плане которого достигают 183x224 м.

В состав спортивного комплекса, построенного в г. Бишкеке, входит зал на 3 тысячи зрителей, покрытие которого решено в виде предварительно напряженной мембранно-балочной висячей системы. Каркас здания выполнен из монолитного здания железобетона в виде раскосных ферм, расположенных по периметру размерами в плане 42,5x65,15 м. Покрытие состоит из собственно мембраны толщиной 2 мм, продольных прогонов и поперечных балок – распорок. Утеплитель в виде минераловатных матов подвешен к мембране снизу, потолок выполнен из штампованных алюминиевых элементов.

Мембранные покрытия использованы и в ряде других большепролетных зданиях. Так, в Санкт-Петербурге универсальный спортивный зал диаметром 160 м перекрыт мембранной оболочной толщиной 6 мм. Подобными оболочками перекрыты также универсальный спортивный зал с размерами в плане 66x72 м на 5 тысяч зрителей в Измайлово, здание плавательного бассейна «Пионер» с размерами в плане 30x63 м в Харькове и др. Складчатые своды покрытий – пространственная конструкция, которая может быть выполнена из металла, железобетона, пластмасс.

Особенно эффективны такие покрытия из алюминиевых сплавов. Основным конструктивным элементом в последних может служить лист ромбовидной формы, согнутый вдоль большей диагонали. Сопряжения ромбовидных элементов между собой может осуществляться при помощи цилиндрических шарниров или жесткими фланцевыми сочленениями. Для повышения пространственной жесткости покрытия необходимо

предусматривать установку продольных затяжек по выступающим узлам складчатого свода.

Вантовые

Вантовыми считают такие покрытия, в которых жесткость обеспечивается путем использования системы несущих и стабилизирующих вант, образующих двухпоясную конструкцию или сеть.

Вантовые покрытия выгодно отличаются от традиционных стальных конструкций. К их основным достоинствам относятся следующие:

· В растянутых элементах эффективно используется вся площадь сечения вант или листов и применяются высокопрочные стали, что обеспечивает малую массу несущей конструкции;

· При монтаже покрытия не требуются леса и подмости, что упрощает возведение покрытия;

· Ванты, свернутые в бухты, или тонколистовые ленты свернутые в рулоны, обеспечивают хорошую транспортабельность покрытия;

· С увеличением перекрываемого пролета экономичность покрытия возрастает, поскольку масса несущей конструкции остается относительно малой;

· Своеобразные конструктивные формы покрытия позволяют повышать эстетическую выразительность сооружения;

· Благодаря своей форме висячие покрытия создают в здании наиболее благоприятные условия акустики, видимости, освещенности;

· являются самонесущими и способны стационарно располагаться в пространстве.

Широкое применение для вант получили канаты следующих видов: одинарной свивки, двойной свивки, многократной свивки.

Существует два основных вида расположения вант в покрытиях: параллельное расположение и радиальное расположение.

Покрытия с параллельными вантами

Покрытия с параллельно расположенными вантами, как правило, применяют для прямоугольных в плане зданий. При вантовой схеме покрытие получается очень деформативным, поэтому для повышения его жесткости и предупреждения разрывов гидроизоляционного ковра используют достаточно тяжелые плиты кровли и их включают в общую работу покрытия.

Покрытия с радиальными вантами

Радиальное расположение вант предопределяет круглую или эллиптическую форму здания в плане. Распор от вант воспринимает замкнутое наружное кольцо, поэтому покрытие в целом является самоуравновешенной системой, и на колонны, поддерживающие опорное кольцо, передаются только вертикальные усилия от массы покрытия.

Центральное кольцо работает на растяжение, внешнее кольцо – на сжатие. Поэтому внутреннее кольцо – металлическое, а наружное – железобетонное.

Шатровые покрытия проектируют однопролетными и многопролетными в виде двух и более концентрических окружностей в плане. При многопролетной схеме промежуточные опорные кольца предусматривают железобетонными. Также существует возможность применения висячих оболочек с радиальными вантами для зданий с планом, отличающимся от круга и эллипса.

Двухпоясные покрытия с параллельными вантами

При попарном расположении вант в одной вертикальной плоскости можно получить жесткое, малодеформативное покрытие при легкой кровле. Для этого необходимо сконструировать систему так, чтобы одни ванты оказались вогнутыми, а другие – выпуклыми. В такой системе вогнутые ванты являются несущими, а выгнутые кверху – стабилизирующими.

Распор от вант через бортовые элементы передается на оттяжки или рамные конструкции.

Двухпоясные покрытия с радиальными вантами

Двухпоясные покрытия с радиальным расположением вант получили широкое распространение при строительстве зданий общественного назначения.

Радиальное расположение вант в двухпоясных покрытиях предопределяет круглую форму здания в плане. В отдельных решениях покрытий встречается овальная форма, например в павильоне штата Нью-Йорк на Международной выставке в США и спортивном зале в Берлине. Однако при радиальной системе покрытия возможен и квадратный план.

Клееные деревянные конструкции

Для изготовления клееных деревянных конструкций используют пиломатериалы, как правило, хвойных пород толщиной не более 5 см с влажностью 10–12% и фанеру преимущественно марки ФСФ, сорта Вм2.

Запрессовка. По мере нанесения клея на склеиваемые поверхности заготовки накладывают одну на другую, соблюдая при этом требуемое расположение по высоте сечения досок соответствующей категории. После того как набран пакет необходимой высоты, к нему прикладывают давление, с тем чтобы обеспечить плотный прижим склеиваемых поверхностей по всей их площади. Для прямолинейных клеедощатых элементов давление должно быть 0,3–0,5 МПа, для криволинейных – 0,8–1 МПа.